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丙型肝炎病毒(HCV)感染是慢性肝病的主要诱因,在全世界范围内感染人数已超过1.7亿。由于HCV感染具有高度严格的宿主特异性,只有人和黑猩猩可支持HCV感染,HCV小动物模型的研发成为了阻滞HCV相关研究,特别是疫苗研发的瓶颈之一。HCV宿主特异性的基础来源于病毒入侵过程的复杂性。目前,已知HCV受体至少包括CD81, SR-B1, Claudin-1 和 Occludin等4种。其中CD81是HCV早期入侵所必须的。CD81直接与HCV-E2相结合,其介导HCV的入侵具有很强的种属特异性,只有人和黑猩猩的CD81以很高的亲和力结合HCV-E2并支持HCV入侵,但其分子机制至今尚不明确。为揭示CD81介导HCV入侵种属特异性分子机制,本课题利用结构生物学,生物物理学和病毒学的方法对人,小鼠,和非洲绿猴的,CD81 (hCD81, mCD81 和 agmCD81)进行了深入的研究。首先解析了hCD81-LEL, mCD81-LEL 和 agmCD81-LEL的高分辨率晶体结构,mCD81-LEL和agmCD81-LEL的全局结构与hCD81-LEL类似,均由五个α-螺旋组成“磨菇型”结构,螺旋-A/E构成了“磨菇茎”,螺旋-B/C/D构成了“蘑菇头”,其中D-helix是CD81直接与HCV-E2结合的区域。通过结构对比分析发现,在mCD81-LEL和agmCD81-LEL中188-196氨基酸残基之间形成了分子内氢键/盐键,而类似的分子内相互作用在hCD81-LEL中是不存在的。之前有研究报道,CD81D-helix构象的灵活性是与E2结合所必须的,而在mCD81-LEL 和 agmCD81-LEL结构中,分子内氢键或盐键通过把D-helix锚定在稳定的E-helix上,因此我们推测假分子内氢键/盐键对D-helix的构象灵活性产生了束缚作用,从而干扰了CD81与E2的相互作用,削弱了CD81介导HCV入侵效率。以往的研究表明F186是CD81与HCV-E2的结合所必须的,因此,我们在F186存在的基础上设计突变实验,验证188-196间氢键或盐键对E2结合以及HCV入侵效率的影响。结果表明,hCD81中,在F186存在的情况下,如果诱导188-196残基之间形成氢键/盐键,会削弱hCD81与HCV-E2之间的结合,同时会降低HCV的入侵效率。而对于mCD81 和 agmCD81,在具备L186F突变的前提下,破坏188-196残基之间的氢键/盐键,可以提升HCV的入侵效率。本课题结果证实,CD81中188-196间分子内氢键/盐键是决定其与HCV-E2的结合亲和力及其介导HCV入侵效率决定因素之一,此理论不但解释了CD81介导的HCV入侵种属特异性分子机制,同时为感染性动物模型的建立提供了筛选的理论依据。